压力分散型预应力锚索施工技术

作者：邹金发

摘 要：文章结合工程实例，对采用压力分散型预应力锚索进行滑坡锚固施工进行分析，并提出一些保证施工质量的控制措施，对同类工程有一定的参考价值。 关键词：压力分散型 预应力 锚索 施工管理

1 引言

传统拉力型锚杆在锚杆受荷时，不能将荷载均匀地分布于固定长度上，会产生严重的应力集中现象。由于粘结应力分布的不均匀性，随着锚杆上荷载的增大，在荷载传至固定长度最远端之前，在杆体与灌浆体或灌浆体与地层界面上就会发生粘结效应逐步弱化或脱开现象。压力分散型锚固系统，将集中荷载分散为几个较小的荷载作用于固定段的不同部位，使粘结应力峰值大大降低，因单元锚杆的固定长度很小，不会发生粘结效应逐步弱化，使粘结应力均匀地分布在整个固定长度上，最大限度地调用整个锚杆固定长度范围内的地层强度，锚杆承载力可随固定长度的增长而成比例提高。 2 工程概述

浦南高速公路南平市境K211+620～+960段金斗山滑坡在持久强降雨的不利影响下，产生了明显的工后变形和发展扩大，逐渐体现为后部山坡形成明显、连贯的变形周界，边坡浅层坍塌变形集中发育，两排抗滑桩之间的检测孔剪断破坏，前排抗滑桩前坡体局部溜坍，在二级边坡坡脚附近出现明显的剪出鼓胀裂缝带，第一级边坡挡墙受剪切呈现水平裂缝，预应力锚索出现破坏现象等。

为确保本段高速公路边坡稳定和交通安全，采用综合的治理工程措施根治该巨型山体滑坡地质灾害。本次支挡加固工程分为锚索抗滑桩、锚索框架及预应力锚索地梁三部分，现就锚索框架及锚索地梁采用压力分散型锚索施工作简要介绍。 3 压力分散型锚索加固方案 压力分散型锚索的基本原理

压力分散型锚索以无粘结钢绞线作为锚索体，其主体结构由自由段和锚固段组成。压力分散型锚索是在不同长度的无粘结钢绞线末端连接固定承载体，注浆固定后，以一定的规律分配荷载张拉对应的钢绞线单元，设置在锚孔不同深度的承载体将拉应力转化为压应力通过浆体材料传递到锚固地层，提供工程主要的锚固力。如图1 所示。

图1 压力分散型锚索结构图

坡体锚固方案 预应力锚索框架

在ZK211+880～+940段第四级刷方后的边坡设置8片4节点及1片6节点锚索框架，锚索水平间距4m，上下排均为长度45m，下倾角25°，设计荷载700KN。 预应力锚索地梁

在ZK211+660～+954段第一级边坡路堑挡墙上设置97根锚索地梁，地梁中对中间距3m，地梁截面尺寸×，高度8m，可根据挡墙实际高度调整地梁长度。ZK211+660～+780段39根地梁，上排锚索长度38m，下排锚索32m，锚索下倾角30°，设计荷载600KN。ZK211+780～+954段58根地梁，上排锚索26m，下排锚索25m，锚索下倾角25°，设计荷载600KN。

压力分散型锚索的结构形式

框架及地梁锚索类型均为压力分散型，由6根φ、强度1860MPa的高强度低松弛无粘结钢绞线组成，共分为3个单元，每个单元由2根高强度、低松弛的无粘结钢绞线通过特制的挤压簧和挤压套对称的内置于钢质承载板上组成，锚固段长度12m。 4 预应力锚索试验

在预应力锚索正式施工前, 应进行锚索的抗拉破坏试验, 以验证设计所采用的锚索的设计参数和施工工艺的合理性以及锚索的安全系数, 并在锚索施工前及时向设计单位提交试验报告, 以验证和调整设计。 5 预应力锚索施工工艺

以预应力锚索框架梁施工为例介绍压力分散型锚索施工工艺。 预应力锚索施工步骤

① 锚索结构施工：包括施工准备、造孔、清孔、锚索制作、安装、注浆等； ② 框架梁施工：包括框架基础刻槽、砂浆衬垫找平、钢筋制作安装、模板安装、砼浇筑、养生、锚索长度检测等；

③ 锚索张拉锁定：包括锚索张拉、锁定、试验检测、封锚等； 预应力锚索框架梁施工工艺流程

《预应力锚索框架梁施工工艺流程图》见图2：

图2 预应力锚索框架梁施工工艺流程图

主要施工方法 施工准备

首先要完成钢绞线、水泥、砼骨料、砼配合比、浆液配合比设计并报监理批准，然后编制施工方案，组织机械设备、人员进场，对施工人员进行技术交底和安全培训，对所使用的张拉设备进行标定，上报开工报告，批准后按设计要求先进行锚索基本实验，即抗拔拉破坏试验。试验孔完成后在锚固体浆体达到28 天龄期并且框架梁砼的强度达到80%后进行试验。基本试验的目的在于验证设计采用的工作锚索的性质和性能、施工工艺、设计质量、设计合理性以及所提供的安全储备，同时考虑有关搬运、储存、安装和施工过程中抗物理破坏的能力。

试验孔的具体位置由监理和设计代表现场确定，试验孔必须反映工程孔锚固地层的实际情况。试验孔自由段不注浆，锚固段与自由段之间设置止浆袋，锚固段外侧设置引排气管，排气管深入锚固段5～10cm，注浆方法与工程孔相同。试验时应记录各级荷载及锚头位移等详细数据，并及时向设计单位提交试验报告，以验证与调整设计。 边坡土石方开挖

①、按线开挖原则：严格按设计坡率、坡高测量放线，按放坡度架，按线开挖，不得超、欠挖；

②、分级开挖、分级支护原则：尤其在高边坡及地质条件差的情况下，要先施工上一级边坡锚索框架梁，并进行张拉，在达到有效防护的条件下，才能开挖施工下一级边坡；

③、分层、分段开挖原则：当边坡地质条件差或上一级边坡的防护还没有达到要求而下一级边坡需要开挖时，为了减少对边坡扰动应采取减小边坡开挖高度的办法，将设计的每级边坡分层开挖，或将同一级边坡分成几段，间隔开挖，分段防护；

④、尽量减少人为扰动的原则：当坡体已处于不稳定状态时，要采用静态爆破、控制爆破及液压冲击破碎机相结合的施工方案。 脚手架搭设与放样

边坡开挖完成后，清除表面松散体。用测量仪器按设计图纸放出孔位，然后根据孔位搭设脚手架。为了施工的安全和连续性，脚手架必须满铺坡面，并且扣在坡面上，连接扣件牢固，而且有专人定期检查，不允许有晃动的现象，施工时钻机要求上下错开，每台钻机还需搭设稳固的操作平台，以保证钻孔质量。在曲线段边坡放线时，由于坡面一般呈扇形发散或收敛，为了保持竖肋上下对齐，竖肋间距往往上下不等，这时应根据现场情况对竖肋上下对齐进行调整，保证框架梁的受力合理才是第一位的。 锚孔钻造

钻机应严格按照设计要求的孔位、倾角和方位准确就位，在搭设钻机作业平台时应充分考虑这一点，倾角、方位用测斜仪定向。钻孔必须采用干钻，施工人员配备必要的防尘装备或在空口安装吸尘装置，严禁采用水钻，以保锚索施工不至于恶化边坡岩体工程地质条件和保证孔壁黏结性能。

钻孔速度根据使用的钻机性能和锚固地层的情况严格控制，防止钻孔偏斜、扭曲和变径，造成下锚困难或其他意外事故。在钻进的过程中做好施工记录，包括地层变化情况、地下水及其它一些特殊情况。

在钻进的过程中如遇到塌孔、缩孔等现象，应立即停钻，进行固壁灌浆处理，水泥砂浆初凝后重新扫孔钻进，也可以采用跟管钻进工艺进行处理。若遇到锚孔中承压水流出，一般待水量、水压变小后方可下安锚索和注浆，必要时在周围适当位置设置排水平孔或采用灌浆封堵二次钻进等方法处理。孔径及孔深均不得小于设计值，为了确保钻孔直径要求实际使用的钻头直径不得小于设计孔径，钻孔深度一般要求超钻50cm，达到设计深度后不能立即停钻，要求稳钻3～5min，防止孔底尖灭，达不到设计孔径。

图3 锚孔钻造作业平台

清孔

钻孔完成后用高压风将孔内岩粉及水体全部清除出孔外，以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度。清孔完成后进行验孔，检查内容：孔径、孔深、清孔质量，复查孔位、倾角及方位。 锚索体制作安装

编束前首先搭设防晒防雨棚和制作平台，制作平台要求高出地面50cm。钢绞线下料长度为锚索设计长度+ 张拉段长度（按预留），采用机械切割，严禁采用电弧焊切割，下料长度误差不大于50mm。钢绞线下料完成后进行组装，将下好的钢绞线平置于工作台上，每根钢绞线上下端一次做好编号标识，然后安装挤压套、挤压簧、承载板、限位片、架线环、注浆管、导向帽等。挤压头组装时挤压套、挤压簧安装要准确，挤压顶推进时应均匀充分。承载体组装时定位要准确，挤压套通过螺栓在承载体和限位片之间栓接牢固。架线环之间的间距按～控制，锚孔孔口位置必须设置架线环。注浆管穿索安装准确定位，绑扎结实牢固，应深入导向帽5～10cm。导向帽点焊固定在最前端承载板上，预留溢浆孔，保证孔底返浆。锚固段如果遇到土质或砂土状强风化砂岩且富水时必须采用二次高压劈裂注浆法，在这种情况下，组装锚索体时必须另置注浆管，注浆管采用镀锌铁管或钢管，在锚固段设置花孔和封塞。锚索体的钢制部分均应均匀涂刷防腐油漆。锚孔清孔完成后应及时安装锚索体，一般用人工扛抬至孔位处，按照设计倾角、方位人工平顺推进，中间尽量不要停顿，依靠锚索体的自重和惯性下滑入孔，推送过程中严禁抖动、扭转，防止中途散束河卡阻。如果出现散束和卡阻现象，应拔出锚索，重新清孔或钻孔后安装。

图4 制作成型的锚索体

锚孔注浆

锚孔清孔、安装锚索体后24h 内进行注浆，以免出现塌孔等其它意外情况。锚孔注浆采用纯水泥浆，水灰比～，浆体强度不低于40MPa。锚孔注浆一般采用孔底返浆的方式，直至孔口溢出新鲜浆液，排气管停止排气时，方可停止注浆。如果空口出现浆面回落，应在30min 内进行孔底压注补浆2～3 次，以确保孔口浆体充满。

如果锚固段遇土质或砂土状强风化砂岩层且富水时应采用二次高压劈裂注浆以提高地层锚固力，在一次注浆形成的水泥结石体强度达到 时进行，浆体材料应按要求加入聚丙烯腈纤维（PAN，纤维强度不小于700MPa），掺入量为每方～。 框架梁施工

框架梁施工包括框架基础刻槽、砂浆衬垫找平、钢筋制作安装、模板安装、砼浇筑、养生等工序。刻槽应严格按照设计要求的刻槽深度进行施工，如果深度不足造成框架梁裸露，严重影响后续绿化施工。施工时要注意锚斜托台座下设有加强钢筋网，承压面必须平整，保证与锚索的轴线方向垂直，与框架梁砼同时浇筑。砼入仓一般采用斜拉缆索配吊斗入仓，条件允许的情况下也可以采用吊车配吊斗或泵送，在砼浇筑时应制备同条件养护试块。 锚索张拉锁定

在锚斜托台座和注浆浆体强度达到80%以上时，进行张拉作业。

安装锚具、夹片，锚具应与锚垫板和千斤顶密贴对中，千斤顶轴线应与锚孔、锚索保持同一轴线，确保均匀承载。正式张拉前按设计荷载的10～20%进行预张拉，使各部位接触紧密，钢绞线完全平直。

压力分散型锚索因各单元锚索长度不同，张拉采用差异分布张拉，根据设计荷载和锚索长度计算确定差异荷载，并根据计算的差异荷载进行分单元张拉。

差异伸长量和差异荷载增量计算公式（以三单元共六束压力分散型锚索为例）如下： 差异伸长量：

ΔL1-2=ΔL1-ΔL2ΔL2-3=ΔL2-ΔL3，；

ΔL1=σEL1，

ΔL2=+EAσEL2，

ΔL3=σEL3σ=；

PA；

ΔP1=EAΔL1-2差异荷载增量：其中：

L1×2ΔP2=(EAΔL2-3ΔL2-3；

L2L1)×2

L1‚L2,L3---分别为第一、二、三单元锚索的长度，且L1>L2>L3；

---各单元锚索在给定最终张拉（设计锁定）荷载作用下的伸长量；

ΔL1‚ΔL2,ΔL3ΔL1-2‚ΔL2-3---各单元锚索在给定最终张拉（设计锁定）荷载作用下的差异伸长量；

σ---给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下钢绞线束应力；

P---给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下单根钢绞线束荷载；

A---单根钢绞线束的截面面积； E---钢绞线的弹性模量；

ΔP1,ΔP2---分步差异张拉之第一、二步级张拉荷载增量。

锚索的预应力在补足差异荷载后分5级按有关规范或规定施加，即设计荷载的25％，50％，75％，100％和110％。在张拉最后一级荷载时，应持荷稳定10～15min后卸荷锁定。锚索锁定后48小时内，若发现明显的预应力损失现象，则应及时进行补偿张拉。 锚索验收试验

锚索的验收试验一般委托有相关资质的检测单位进行验收检测。

验收试验的锚索数量不少于工程锚索总数的5%，且不得少于三根。锚索验收试验以设计荷载的 倍计算差异伸长量和差异荷载增量，补足差异荷载后同步张拉到设计荷载的30%，作为起始荷载，分级加载的荷载值分别为设计荷载的、、、、、 倍，最大试验荷载不能超过锚索承载力标准值的 倍，最大差异荷载增量如果大于设计荷载的30%，则以最大差异荷载增量作为起始荷载。

验收试验确定锚索合格的两个条件：①、验收试验中，从50%荷载到最大试验荷载之间测得的总位移量应当超过该荷载范围内锚索自由段长度的理论伸长量的80%，且小于自由段与1/2 锚固段长度之和的理论伸长量。②、在最后一级荷载作用下的位移观测期内，锚头位移稳定，即在历时10min 内的位移量不超过1mm，或者2h 蠕变量不大于2mm。 封锚

验收合格后进行封锚。封锚前通过锚垫板补浆孔进行补浆，直至补浆孔溢浆为止，这是锚头防腐的重要环节。有预应力监测要求的钢绞线不切除，及时安装锚索测力计对锚索的预应力变化情况进行检测，根据预应力损失确定是否进行二次张拉。 6 高边坡预应力锚索施工管理

应用压力分散型预应力锚索加固边坡是技术含量高、施工难度大的工程，在施工过程中必须全力以赴，认真对待每个施工步骤，加强管理，才能保质、保量地完成施工任务。在施工管理方面, 工作着重点如下： 选择高素质的施工队伍

高边坡锚索是专业性很强的工程项目，因此高边坡锚索加固工程必须由具备足够资质和丰富施工经验的单位施工。 加强施工质量控制

高边坡锚索工程施工和其他工程一样, 始终要把质量放在首位, 各施工单位要针对高边坡锚索工程设置完整的质量控制体系。

①从原材料进场到各工序的操作都进行严格把关。高边坡使用的材料和其他工程一样必须先检验后使用，将钢绞线、锚具等检测技术要求较高的材料送交通工程检测中心检测。

②对锚索工程来说，关键工序是钻孔深度、 锚索制作和安装。因此，必须保证锚索的锚固长度及注浆饱满度（这是锚索起加固作用的基础条件）；除了正常的自检外, 项目部应经常抽查钻孔浓度, 在下索及注浆时巡视检查。

③为了保证钢筋砼框架的施工质量，针对可能出现的质量通病（如张拉时框架梁开裂的问题），从施工操作方法、工序衔接等方面对施工进行指导，对于不合格部分坚决要求凿除重做，决不能马虎。 优化施工布置

本工程边坡锚索工程经过紧张的前期准备工作后，一切都按预期目标顺利进行，但当进入锚索安装与框架梁浇筑工序时，受边坡高度大、施工便道窄等因素影响，工程进度开始减缓，为加快工程进度，对工程施工布置作了如下调整：①将半成品锚索吊至安装平台进行现场组装，减除了锚索吊装难度，加快了下索进度；②框架梁浇筑由于混凝土吊运困难，且时间长，不能满足锚墩浇筑强度要求，严重影响工程质量，为此，采用泵送混凝土施工。通过以上2 项措施，工程布置更合理，施工进度得到了很大改观。 安全环保措施

高边坡施工属于高空作业，搞好安全生产管理，创造安全的工作环境，是确保工程顺利进行的基本条件。

①锚索施工前应制定安全技术措施，进行安全技术培训，持证上岗；

②施工前对边坡作业区围岩的松动块石、边坡孤石进行检查处理，根据需要设置拦石排或柔性拦石网等安全措施；

③预应力锚索施工应搭设脚手架平台并固定在岩壁上（脚手架采用双排方式，间距为~，重力集中处增加斜向及横向支撑，并设置短锚桩），平台四周设防护栏杆；

④钢绞线锚具端应设置安全防护栏，张拉时近旁严禁站人； ⑤锚索钻孔操作人员佩带隔音、防尘器具；

⑥制定施工污水处理排放措施，弃浆、污水应经处理才能排放, 施工废弃物不得随意倾倒和就地掩埋，应集中处理。

7 结语

本文详细阐述了压力分散型预应力锚索的施工工艺以及施工过程中的注意事项和出现意外情况的处理办法及措施，对高速公路高边坡加固预应力锚索框架梁施工有一定的参考价值，施工中因地域不同可能会有不同的要求，涉及到的一些技术、规范要求可能有所变化，具体以设计图纸和规范要求为准。

参考文献

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